高速動車組牽引電機絕緣耐風(fēng)沙磨蝕防護(hù)結(jié)構(gòu)分析

陳謝芬 胡曉鵬

摘要：由于高鐵向西北沙漠地區(qū)進(jìn)行不斷的發(fā)展，使得動車組牽引電機絕緣結(jié)構(gòu)被風(fēng)沙磨蝕現(xiàn)象不斷的出現(xiàn)，從而使高鐵的運行和發(fā)展受到一定的影響，為了使該現(xiàn)象得到有效的解決，需要對高鐵動車組牽引電機絕緣耐風(fēng)沙磨蝕防護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的研究。此次研究從動車組電機絕緣磨蝕入手，對絕緣結(jié)構(gòu)耐磨蝕性能進(jìn)行詳細(xì)的研究。此次研究對絕緣耐風(fēng)沙磨蝕防護(hù)結(jié)構(gòu)的重要性進(jìn)行明確，從而使相應(yīng)的結(jié)構(gòu)研究能夠順利的開展，進(jìn)而為高鐵的全面運行和發(fā)展提供保障。

關(guān)鍵詞：高速動車;牽引電機;磨絕緣蝕防護(hù)結(jié)構(gòu)

一、動車組電機絕緣磨蝕

高速動車電機絕緣磨損是噴砂型沖擊磨損之一，其磨損程度的產(chǎn)生與沙石的硬度、速度以及絕緣結(jié)構(gòu)本身性能息息相關(guān)。絕緣損害部位只出現(xiàn)在繞組端的拐角之處，產(chǎn)生這樣現(xiàn)象的原因是轉(zhuǎn)子端的環(huán)導(dǎo)條被暴露出來，當(dāng)列車速度達(dá)到345km/h的時候，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動速度會達(dá)到5100r/min，高速運轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子使該位置的砂塵能夠獲得有效的高速動能，從而使繞組絕緣被沖擊，進(jìn)而使該位置的絕緣被不斷的磨損，直至其失效。

二、絕緣結(jié)構(gòu)耐磨蝕性能研究

（一）耐磨蝕材料的特性

沖蝕現(xiàn)象在大部分工程中都會出現(xiàn)，當(dāng)電機的葉片被泥沙長時間的沖蝕，其會被嚴(yán)重的磨損，為了使這種現(xiàn)象得到有效的改善和修護(hù)，需要使用表面噴涂彈性阻尼型聚氨酯材料。材料根據(jù)其特殊屬性可以分成兩種，即彈性和剛性。彈性材料自身具有彈性以及韌性的特殊屬性，能夠?qū)Ω咚龠\轉(zhuǎn)的砂塵沖擊力進(jìn)行有效的吸收，從而使砂塵對材料的破壞得到有效的改善，進(jìn)而使其耐磨性得到有效的保證。剛性材料能夠?qū)⒆陨淼母邚姸刃阅艹浞值陌l(fā)揮，從而對高速運轉(zhuǎn)的砂塵沖擊力進(jìn)行抵抗。

玻璃絲帶綁扎保護(hù)是牽引電機絕緣結(jié)構(gòu)外層保護(hù)方式之一，從相關(guān)應(yīng)用中可知，當(dāng)下沒有找到絕緣的浸漬樹脂來對無堿玻璃絲帶進(jìn)行配合，從而來對高溫砂塵磨蝕進(jìn)行抵抗。高速動車組牽引電機絕緣結(jié)構(gòu)耐砂塵磨蝕防護(hù)可以從火力發(fā)電或水利發(fā)電中吸取經(jīng)驗，將表面噴涂耐磨材料引入其中?？梢赃x取聚氨酯彈性耐磨材料和環(huán)氧樹脂修補系列剛性耐磨材料做實驗，在同等條件下來對其進(jìn)行噴砂，從而來看兩者的耐磨性能。

（二）絕緣結(jié)構(gòu)耐磨蝕防滑材料的選擇

為了使動車組牽引電機運行工況要求得到有效的滿足，需要讓絕緣材料和絕緣結(jié)構(gòu)滿足以下條件：第一，每運行122萬千米之后，動車組的牽引電機都需要進(jìn)行一次維修，使絕緣防護(hù)層耐磨蝕壽命能夠滿足運行122萬千米的需求，從而使大維修期間電機內(nèi)部絕緣受損現(xiàn)象得到有效的杜絕;第二，絕緣防護(hù)層需要具有可修復(fù)的特殊屬性;第三，電機絕緣表面是防護(hù)層，耐磨蝕材料需要包含電氣絕緣性能。除此之外，耐磨蝕材料也需要具有強附著力;第四，施工需要相對的簡單化，并且需要具備易操作性;第五，耐磨蝕材料的耐熱等級需要達(dá)到H級或H級以上。

對材料信息進(jìn)行收集和分析可知，氟硅橡膠材料是動車電機絕緣防護(hù)材料的首選，其不僅耐熱等級非常高，而且內(nèi)聚力較強，

動車因為長時間、高負(fù)荷運行，且運行條件極其惡劣，導(dǎo)致其電機有著較多的接地故障，槽口處是出現(xiàn)故障接地點最頻繁的地方，對此，為了能夠有效的解決和處理此問題的發(fā)生，我們選擇了耐久性、持續(xù)性以及修復(fù)性極強的氟硅膠進(jìn)行了故障點的灌封，有效的解決了電機接地故障，為保證機組的正常運行和工作作出了巨大貢獻(xiàn)。

（三）絕緣防護(hù)磨蝕實驗

絕緣防護(hù)磨蝕實驗的進(jìn)行需要包括以下方面：第一，試驗設(shè)備，絕緣防護(hù)磨蝕實驗來對動車牽引電機實際運行工況進(jìn)行模擬，需要對其進(jìn)行熱態(tài)的噴砂實驗。實驗中所使用的設(shè)備為高溫噴砂設(shè)備，該設(shè)備的內(nèi)部之中具有電加熱器，能夠?qū)υ嚇舆M(jìn)行加熱處理，從而使室溫到200攝氏度連續(xù)可調(diào)得以實現(xiàn);第二，實驗試樣，實驗試樣采用的是高速動車牽引電機的絕緣結(jié)構(gòu)，采用的是銅排外包性對應(yīng)的絕緣材料來進(jìn)行制作，對其進(jìn)行浸漆處理，當(dāng)其固化完成之后，需要對其表面進(jìn)行噴涂耐磨蝕氟硅橡膠防護(hù)層，試樣A是不采取噴涂耐磨蝕氟硅橡膠防護(hù)，試樣B是噴涂耐磨蝕氟硅橡膠防護(hù)層;第三，實驗參數(shù)，在相同的實驗條件之下，對試樣進(jìn)行對比實驗，從而得到以下的參數(shù)，首先為風(fēng)動方向，噴砂機的風(fēng)動方向需要和試樣保持垂直。其次為實驗溫度，電機運行的溫度長期處在160攝氏度左右，防護(hù)涂層需要采用的溫度為180攝氏度，因此，實驗中所選擇的溫度條件為180攝氏度。最后是噴砂壓力，由于電機實際的砂塵沖擊速度無法進(jìn)行檢測，為了使試樣的模式性能差異得到有效的識別，需要采取的方式為對試樣噴砂模式時間進(jìn)行延長，選取0.2MPa壓力噴砂相對比較適宜;第四，實驗壽命終點，試樣A噴砂至絕緣結(jié)構(gòu)外包絕緣破損露出主絕緣，噴砂能夠?qū)δノg壽命進(jìn)行有效的記錄，試樣B噴砂至氟硅橡膠防護(hù)層破損露出主絕緣，噴砂終止來對磨蝕壽命進(jìn)行有效的記錄，試樣的磨蝕壽命終點狀態(tài)如下圖1和圖2所示;第五，實驗結(jié)果，實驗結(jié)果為相同噴砂實驗條件下，試樣A的磨蝕壽命是14min，試樣B的磨蝕壽命是748min，兩者之間的磨蝕壽命存在非常大的差異，從而可知氟硅橡膠防護(hù)層的防護(hù)效果更加明顯。

從前期的動車組調(diào)試運行經(jīng)驗中可知，在風(fēng)沙環(huán)境條件下，高速動車組電機絕緣結(jié)構(gòu)的磨蝕壽命大約在20萬千米，試樣A結(jié)構(gòu)熱態(tài)加速磨蝕壽命10min 和實際運行20萬千米的效果相同，試樣B由于具有氟硅橡膠防護(hù)層，使其結(jié)構(gòu)的耐磨蝕壽命是結(jié)構(gòu)A的72倍左右，從理論的角度來講，其運行磨蝕壽命能夠達(dá)到1500萬千米，從而在風(fēng)沙環(huán)境條件下，動車組牽引電機絕緣結(jié)構(gòu)的終生免維護(hù)得以實現(xiàn)。

結(jié)語：

通過本文的論述可知，對高速動車組牽引電機絕緣結(jié)構(gòu)耐磨蝕壽命研究具有重要的意義，尤其是對高鐵在西北沙漠氣候地區(qū)的發(fā)展。從高溫噴砂實驗中可知，在電機絕緣之中使用耐磨蝕氟硅橡膠能夠起到良好的防護(hù)效果，從而使高速動車組牽引電機絕緣結(jié)構(gòu)被風(fēng)沙磨蝕的問題得到有效的改善，這樣在風(fēng)沙環(huán)境下，為高速動車組牽引電機終身免維護(hù)的實現(xiàn)提供保障。由于時代以及科技在不斷的發(fā)展，因此，需要對其進(jìn)行不斷深入的研究，從而使其防護(hù)作用能夠充分的發(fā)揮作用，進(jìn)而為高鐵的全面發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 唐暢，梁西川，陳紅生，曹燕飛，梁巧靈，朱菲菲.高速動車組牽引電機絕緣耐風(fēng)沙磨蝕的防護(hù)結(jié)構(gòu)[J].機械工程師，2015，09（03）：183-185.

（作者單位：中車永濟(jì)電機有限公司）